Nederlands
Menu

Siliciumfotonica

Wat is een juist kenmerk van een structuur waarin een siliciumgolfgeleider (brekingsindex circa 3,5) wordt omgeven door oxide (SiO2, brekingsindex circa 1,45)?

  1. ADoor het grote brekingsindexverschil lekt licht gemakkelijk weg, zodat de golfgeleider alleen met een grotere straal dan glasvezel kan worden gebogen en niet geschikt is voor integratie
  2. BDoor het grote brekingsindexverschil wordt licht sterk opgesloten, zodat de golfgeleider met een kleine straal van enkele µm kan worden gebogen en componenten dicht op elkaar kunnen worden geplaatst
  3. CHoe groter het brekingsindexverschil, hoe minder invloed oneffenheden in de zijwanden hebben, zodat het propagatieverlies even klein wordt als dat van glasvezel
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Door het grote brekingsindexverschil wordt licht sterk opgesloten, zodat de golfgeleider met een kleine straal van enkele µm kan worden gebogen en componenten dicht op elkaar kunnen worden geplaatst

Licht wordt opgesloten door totale reflectie aan het grensvlak tussen de kern (core) met hoge brekingsindex en de omringende mantel (cladding) met lage brekingsindex; hoe groter het brekingsindexverschil, hoe sterker de opsluiting. Het verschil tussen silicium en oxide bedraagt circa 2, ordes van grootte meer dan het verschil tussen kern en mantel van glasvezel (minder dan 1%), zodat dunne golfgeleiders met een doorsnede van circa 0,5 µm × 0,22 µm kunnen worden gemaakt en de buigstraal tot enkele µm kan worden verkleind. Anderzijds wordt licht bij een groter brekingsindexverschil sterker verstrooid door oneffenheden in de zijwanden; het propagatieverlies hangt van de omstandigheden af, maar bedraagt bij een typische strip-golfgeleider circa 1–3 dB/cm (bij rib-golfgeleiders of verliesarme processen minder) en is daarmee veel groter dan dat van glasvezel (circa 0,2 dB/km).

Doorsnede van Si-golfgeleiders (strip en rib) SiO₂ (n ≈ 1,45) Si (n ≈ 3,5) Lichtverdeling SiO₂-mantel Begraven oxide (BOX) Si-substraat Breedte ≈ 500 nm 220 nm dik SiO₂-mantel Begraven oxide (BOX) Si-substraat Breedte ≈ 500 nm Slab Stripgolfgeleider Ribgolfgeleider Sterke opsluiting, krappe bochten Elektrodecontact via de slab
Doorsnede van Si-golfgeleiders (strip en rib) · Bekijken in het figurenoverzicht
Dit onderwerp oefenen Naar de onderwerppagina

Meer vragen over Siliciumfotonica

  1. Welke waarde ligt het dichtst bij de kritische hoek voor totale reflectie (gemeten vanaf de normaal op het grensvlak) wanneer licht van silicium met brekingsindex 3,48 naar oxide met brekingsindex 1,45 gaat?
  2. Welke waarde ligt het dichtst bij het aandeel van het optische vermogen dat aan de uitgang overblijft wanneer licht 5 mm door een siliciumgolfgeleider met een propagatieverlies van 2 dB/cm gaat?
  3. Laserlicht met een uitgangsvermogen van +3 dBm bereikt de fotodetector na in totaal 10 dB verlies (koppeling met de vezel, golfgeleider, modulator enz.). Welke waarde ligt het dichtst bij het ontvangen vermogen?
  4. Wat is de belangrijkste functie van de begraven oxidelaag (BOX-laag) van de SOI-wafers die in siliciumfotonica worden gebruikt?
  5. Wat is de belangrijkste reden waarom rib-golfgeleiders, die ondiep worden geëtst zodat aan beide zijden een dunne siliciumplaat (slab) overblijft, vaak in siliciummodulatoren worden gebruikt?